《第3章-关键技术3分解优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章-关键技术3分解优秀PPT.ppt（53页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第1章 移动通信概述19:32:0419:32:04第第3章章 关键技术关键技术l 语音编解码技术 l 调制与解调技术 l 扩频通信l 分集接收技术l 链路自适应技术l OFDM技术l 软件无线电技术l 智能天线l MIMO技术l 联合检测l 认知无线电技术（RC）第1章 移动通信概述19:32:0419:32:04链路自适应技术链路自适应技术 5 链路自适应技术概述及关键技术 链路自适应技术的应用与发展第1章 移动通信概述19:32:0419:32:04 链路自适应（链路自适应（LALA：Link AdaptationLink Adaptation）技术动）技术动态地跟踪信道变更，依据信道状
2、况确定当前信道态地跟踪信道变更，依据信道状况确定当前信道的容量，进而变更传输信息的符号速率、发送功的容量，进而变更传输信息的符号速率、发送功率、编码速率和编码方式、调制的星座图尺寸和率、编码速率和编码方式、调制的星座图尺寸和调制方式等参数，因此可以最大限度地发送信息，调制方式等参数，因此可以最大限度地发送信息，实现更低的误码率，并减轻对其他用户的干扰，实现更低的误码率，并减轻对其他用户的干扰，满足不同业务的需求，提高系统的整体吞吐量。满足不同业务的需求，提高系统的整体吞吐量。链路自适应技术链路自适应技术 5第1章 移动通信概述19:32:0519:32:05 传播环境和信道特性两个主要特点：慢
3、时变性与传播环境的差异性。1.慢时变性 移动信道的慢时变特性可分为两个层次，一个是慢阴影衰落，另一个是慢平坦衰落。(1)慢阴影衰落 关于慢衰落可以有不同的定义和理解，传统的理解比如以一天为基准，或以一月/一年为基准，但是此处的慢是指电波在传播过程中受到大型建筑物和相应障碍物阻挡造成的“阴影”效应而引起的衰落现象，称为慢阴影衰落。慢阴影衰落的统计特性听从对数正态分布模型。自适应传输的必要性自适应传输的必要性链路自适应技术链路自适应技术 5第1章 移动通信概述19:32:0519:32:05(2)慢平坦衰落 这类信道形成机理与慢衰落信道不一样，它主要是指，由于传播中的多径，亦即由于收、发天线的角度
4、扩散，引入多径传输形成的空间选择性衰落，然而在时、频域上是平坦的，特殊是在时域上是慢变更的。若多径传播模型中无直达路径，则在接收端收到的信号衰落幅度的听从Rayleigh分布；若多径传播模型中，存在一个主要直达路径，则信号衰落幅度遵从Rician分布。链路自适应技术链路自适应技术 5第1章 移动通信概述19:32:0519:32:05 2.传播环境的差异性 上行(反向)链路的“远近”效应，在上行链路中，由于小区内用户的随机移动，使各用户的移动台与基站间的距离不相同，若小区内各用户放射功率相同，则到达基站后信号强度不一样，离基站近的用户比离基站远的用户信号强，这样在基站接收端将会产生以强压弱的现
5、象，同时由于通信系统中的非线性将进一步加强这一过程，这就是所谓的“远近”效应。下行(前向)链路的“角”效应，在下行链路中，当用户移动台位于小区边缘交界处，它接收到所属基站的信号比较弱，但同时还会受到邻近小区基站信号的较强干扰，特殊是在六角形拐角边缘地区尤为严峻，故称它为“角”效应。链路自适应技术链路自适应技术 5第1章 移动通信概述19:32:0519:32:05自适应传输的物理模型链路自适应技术链路自适应技术 5第1章 移动通信概述19:32:0619:32:061、链路自适应技术概述及关键技术 链路自适应技术虽然是对物理层的传输参数进行调整，但它不仅仅须要物理层，也须要其他各层之间紧密协作
6、。图3-30中可以看出：链路自适应技术须要物理层供应调制、编码和放射功率等参数信息；须要链路层供应一条牢靠的信令链路，以便在放射参数变更时通知接收机和放射机，以协调它们之间的工作。链路自适应技术链路自适应技术 5图3-30 链路自适应技术结构 链路自适应的关键技术包括自适应调制和编码等一系列算法和协议组成，随着对多天线（MIMO）和多载波（OFDM）等技术的大量接受，链路自适应设计将综合时域、频域和空域上的信道变更特性进行。链路自适应主要涉及以下关键技术：自适应调制技术 自适应差错限制技术第1章 移动通信概述19:32:0619:32:06 （1）自适应调制技术链路自适应技术链路自适应技术 5
7、调制方式的星座设计对无线通信系统的性能至关重要。不同的调制方式具有不同的传输速率，在同样误码率性能要求下所须要的放射功率也不相同。自适应调制依据信道的时间、频率和空间选择特性，将时、频、空域划分成多个子信道，依据各子信道的条件好坏，为它们安排不同数目的比特，进而映射为不同的调制方式，如图3-31所示。第1章 移动通信概述19:32:0619:32:06 Water-Filling算法 链路自适应技术链路自适应技术 5此算法是最优链路自适应算法，它能使系统的频谱利用率靠近Shannon界。它的基本思想是给信道条件好的子信道多安排放射功率和数据比特，对信道条件差的子信道少安排或不安排放射功率和比特
8、。但Water-Filling算法给每个子信道安排的比特数目可能为非整数，不存在相应的调制方式，而且其实现困难度相当高，所以很少应用于高速无线数据传输中。Hughes-Hartogs算法Chow算法该算法的优化准则是在约束总放射功率和维持目标误码率前提下使频谱效率最高。它是一种基于迭代的连续比特和功率安排算法。每一次迭代只安排一个比特，该比特安排给只须要增加最少放射功率就能维持目标误码率的子信道。迭代过程循环进行，直到全部功率被安排完毕。该算法迭代的数目等于所需安排的总比特数，每次迭代都要在全部子信道间进行比较操作，因此运算困难度高，导致实时性较差。而且，该算法造成系统设计的敏捷性较差。该算法
9、是为了削减自适应比特和功率安排算法中的迭代次数和每次迭代中困难的排序操作而被提出来的。其优化准则与Hughes-Hartogs算法相同算法首先经过迭代计算得到参数，然后干脆通过闭式解为各子信道安排比特速率。由此安排的比特速率有可能是非整数，这时必需将其量化成整数，为了弥补比特量化带来的性能损失，在安排放射功率时必需保证各子信道的性能达到目标误码率。由于不要求困难的迭代计算和比较操作，Chow算法的实现困难度显著降低，而其性能比最优的WateFilling算法相差很小。第1章 移动通信概述19:32:0619:32:06流水原理流水原理第1章 移动通信概述19:32:0619:32:06第1章
10、移动通信概述19:32:0719:32:07第1章 移动通信概述19:32:0719:32:07（2）自适应差错限制技术链路自适应技术链路自适应技术 5自适应信道编码固定的信道编码方式在信道条件恶化时无法保证数据的牢靠传输，在信道条件改善时又会产生冗余，造成频谱资源的奢侈。自适应信道编码将信道的变更状况离散为有限状态（如有限状态Markov信道模型），对每一种信道状态接受不同的信道编码方式，因此可以较好地兼顾传输牢靠性和频谱效率。第1章 移动通信概述19:32:0719:32:07（2）自适应差错限制技术链路自适应技术链路自适应技术 5反馈信令设计确定传输模式转换的反馈信令一般是由接收机依据C
11、SI测量结果产生，然后经由信令信道送回放射机告知其下一次传输时应实行的模式。因为反馈信令的传输也必需经过无线信道，所以放射机有可能检测出错误的信令信息，这对于链路自适应系统是灾难性的。因此，链路自适应系统中反馈信令的设计准则是保证信令在无线信道中无错传输。单一调制符号多数判决离散Walsh码非对称爱护设计特别简洁干脆，只用经过PSK或QAM调制的单个符号来承载信令信息。将同样的信令信息传在收到这些信令信息后进行多数判错的联合概率确定比单一检测的出多，可以提高反馈信令的传输牢靠性。将信令的状态信息用Walsh序列编码，对每个码元接受最低阶调制方式（如BPSK）。该设计依据信道质应地选择不同的调制
12、方式来传输反在时分双工（TDD）系统中，数据和信道上传输，但它们经验的信道特性具性。第1章 移动通信概述19:32:0719:32:072 链路自适应技术的应用与发展 链路自适应技术凭借其在提高频谱利用率和数据传输速率方面的卓越性能日益赢得了人们的青睐，已成功应用于多种移动通信系统中，应用程度也渐渐从简洁到困难，成为提高系统性能的关键技术之一。链路自适应技术链路自适应技术 5GPRS标准定义了4种不同的编码方案：CS-1CS-4，数据速率分别为9.05kb/s，13.4kb/s，15.6kb/s和21.4kb/s，对应的码率分别为1/2，2/3，3/4和1。GPRS可依据数据速率要求和无线链路
13、的质量来动态选择编码类型，以达到最大的无线吞吐量。CS1拥有最高的纠错实力和最低的速率，而CS4无纠错实力但编码速率最高。不同时隙可选择不同的信道编码，当网络传输质量较好时，可接受较高速的编码方式，反之接受较低速的编码方式。Ericsson公司领先提出并且已经被ETSI（欧洲电信标准协会）接受的EDGE（Enhanced Data Rates For GSM Evolution）技术应运而生，成为GSM未来的演进方向之一。EDGE包括增加的电路交换数据（ECSD）和增加的GPRS（EGPRS）两部分，二者分别以电路交换和分组交换为基础。EDGE技术的核心就是链路自适应，与GPRS不同的是，ED
14、GE技术不仅编码方案可以选择，调制方式也不再是固定的一种GMSK方式，而是引入了另一种调制方式，即八进制移相键控（8-PSK）。这种调制方式能供应更高的比特率和频谱效率，且实现困难度属于中等。GMSK和8-PSK的符号速率都是271kbit/s，但由于8-PSK将GMSK的信号空间从2扩展到8，因此每个符号可以包括的信息是GMSK的4倍。第1章 移动通信概述19:32:0719:32:07OFDMOFDM技术技术 6 OFDM的原理 OFDM的应用第1章 移动通信概述19:32:0719:32:07 OFDM OFDM（Orthogonal Frequency Division Orthogo
15、nal Frequency Division MultiplexingMultiplexing，正交频分复用）技术具有在杂波，正交频分复用）技术具有在杂波干扰下传送信号的实力，因此常常会被利用在简干扰下传送信号的实力，因此常常会被利用在简洁受外界干扰或者反抗外界干扰实力较差的传输洁受外界干扰或者反抗外界干扰实力较差的传输介质中。介质中。OFDMOFDM技术技术 6主要思想 将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端接受相关技术来分开，这样可以削减子信道之间的相互干扰（ICI）。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽
16、，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消退符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对简洁。第1章 移动通信概述19:32:0819:32:081 OFDM的原理 传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，须要运用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的困难度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必需保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代OFDM系统接受数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，就如
17、图3-33所示，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0819:32:08 当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个OFDM传输信号前面插入一个爱护间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展得到的。只要多径时延不超过爱护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。由上面的原理分析可知，若要实现OFDM，须要利用一组正交的信号作为子载波，再以码元周期为T的不归零方波作为基带码型，经调制器调制后送入信道传输。图3-
18、33 正交频分复用信号的频谱示意图OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0819:32:08 OFDM调制器如图3-34所示。要发送的串行二进制数据经过数据编码器形成了M个复数序列，此复数序列经过串并变换器变换后得到码元周期为T的M路并行码，码型选用不归零方波。用这M路并行码调制M个子载波来实现频分复用。在接收端也是由这样一组正交信号在一个码元周期内分别与发送信号进行相关运算实现解调，复原出原始信号。OFDM解调器如图3-35所示。OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0819:32:08图3-34 OFDM调制器OFDMOFDM技术技术 6第1章
19、移动通信概述19:32:0819:32:08图3-35 OFDM解调器OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0819:32:08 然而上述方法所需设备特别困难，当M很大时，须要大量的正弦波发生器，滤波器，调制器和解调器等设备，因此系统特别昂贵。为了降低OFDM系统的困难度和成本，我们考虑用离散傅立叶变换（DFT）和反变换（IDFT）来实现上述功能。假如在发送端对D（m）做IDFT，把结果经信道发送到接收端，然后对接收到的信号再做DFT，取其实部，则可以不失真地复原出原始信号D（m）。这样就可以利用离散傅立叶变换来实现OFDM信号的调制和解调。实现框图如图3-36和图3-3
20、7所示。用DFT和IDFT实现的OFDM系统，大大降低了系统的困难度，减小了系统成本，为OFDM的广泛应用奠定了基础。OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0919:32:09图3-36 用离散傅立叶变换实现OFDM的调制器图3-37 用离散傅立叶变换实现OFDM的解调器OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0919:32:09理论推导：理论推导：调制原理：设OFDM系统中有N个子信道，第K个子信道接受的子载波为：OFDM信号 N路子信号之和一个码元时间 内随意两个子载波正交条件：子载频条件：子载频最小间隔：第1章 移动通信概述19:32:0919:
21、32:09OFDM信号复数形式离散傅里叶变换 离散傅里叶逆变换 第1章 移动通信概述19:32:0919:32:09 通过各个子载波的联合编码，OFDM具有很强的抗衰落实力，同时也有很强的抗窄带干扰实力，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。OFDM系统可以有效地抗信号波形间干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。OFDM信道利用率高，这在频谱资源有限的无线环境中尤为重要。OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0919:32:092 OFDM2 OFDM的应用的应用 为了达到高速传输以及高QoS的保障，必需使频谱利用率提高、信号抗衰落实力增加、抗码间干扰实力显
22、著增加等，因此须要OFDM等先进技术。OFDM技术除频谱利用率高和较强的带宽扩展性外，由于其接受了子载波传输，使其在抗多径衰落性能方面的优势特别明显，另外，OFDM系统可敏捷选择各子载波进行传输，使其具有敏捷安排频谱资源的性能，所以它越来越得到人们的重视，各项产业化工作也在不断开展中。OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0919:32:09 在将来的宽带无线通信中，存在两个最严峻的挑战：多径衰落信道和带宽效率。因此，802.11n支配接受MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。这是因为，OFDM通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道，减小了多径衰落的影
23、响；而MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道同时传输多路数据流，这样就有效地提高了系统的传输速率，即在不增加系统带宽的状况下增加频谱效率。因此，OFDM和MIMO相结合，就能达到两种效果：一种是实现很高的传输速率，另一种是通过分集实现很强的牢靠性。OFDMOFDM技术技术 6第1章 移动通信概述19:32:0919:32:09软件无线电软件无线电 7 软件无线电的基本结构 软件无线电的特点、应用和存在的问题第1章 移动通信概述19:32:0919:32:09 将宽带将宽带A/DA/D变换尽可能地靠近射频天线，即尽可能早地将变换尽可能地靠近射频天线，即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化，最大
24、程度地通过软件来实现电台的接收到的模拟信号数字化，最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置各种功能。通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置信号波形，使其能够供应各种语音编码、信道调制、载波频率、信号波形，使其能够供应各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。软件无线电台不仅可与现有的其加密算法等无线电通信业务。软件无线电台不仅可与现有的其它电台通信，还能在两种不同的电台系统间充当它电台通信，还能在两种不同的电台系统间充当“无线电网关无线电网关”，使两者能够互通互连。这样就解决了由于拥有电台类型、，使两者能够互通互连。这样就解决
25、了由于拥有电台类型、性能不同带来的无线电联系的困难。性能不同带来的无线电联系的困难。软件无线电软件无线电 7 软件无线电的基本思想：第1章 移动通信概述19:32:0919:32:091、软件无线电的基本结构 软件无线电是多频段、多模式、开放式体系结构，其无线功能通过加载软件来实现，从而供应多种无线电通信业务。软件无线电的基本平台包括：天线、多频段射频（RF）转换器、宽带A/D（D/A）转换器和DSP处理器等，如图3-38所示。软件无线电软件无线电 7 图3-38 软件无线电基本平台第1章 移动通信概述19:32:0919:32:09 将A/D和D/A向RF端靠近，由基带到中频对整个系统频带进
26、行采样；用高速DSP/CPU代替传统的专用数字电路与低速DSP/CPU做A/D后的一系列处理。软件无线电软件无线电 7 其关键思想和与传统结构的主要区分：典型的软件无线电台的工作模块：实时信道处理：实时信道处理包括天线、射频变换、A/D和D/A变换器、中频处理、基带与比特流处理及信源编码。环境管理：在准实时环境管理模块中持续地运用频率、时间和空间特征来表征无线电环境，这些特征包括信道识别和估计其它参数。在线和离线的软件工具：在线和离线系统分析、信号处理和变宿主工具允许人们确定增量业务。第1章 移动通信概述19:32:0919:32:09宽带/多频段天线与宽带射频模块：软件无线电软件无线电 7
27、软件无线电技术的各个模块的作用：软件无线电台覆盖的频段从2-2kMHz，要求宽带射频模块和低损耗宽带天线，就目前水平而言要研制出一种全频段天线是不行能的。探讨最佳多频段天线的主要障碍是当两个频率的频谱特别靠近时，不能设计出同时在两个频率上工作的多频段天线。对于大多数系统只需覆盖不同频程的几个窗口，而不必覆盖全部频段，故可以接受组合式多频段天线的方案。模数转换部分：目前在通用移动通信系统（UMTS）、将来公共陆地移动通信系统（FPLMTS）和蜂窝移动通信系统中，均用一个高速A/D转换器使整个频带数字化。对A/D的要求主要是采样速率和位数。现有的A/D转换器还不能同时满足速率与采样位数的要求。解决
28、方法：一方面考虑用多个高速的采样保持电路和模数转换ADC，然后通过并串转换将量化速度降低，以提高采样辨别率；另外也可考虑探讨适合于低辨别率、高采样率的A/D编码调制方案。第1章 移动通信概述19:32:1019:32:10高速并行DSP技术：A/D变换后首先要完成的处理工作包括数字下变频、滤波和二次采样，这些是是系统数字处理运算量最大的部分。由于数字信号处理器的限制，只能对几百kHz的滤波信号进行运算，即使接受较快的设备，数字信号处理软件仍不能用于下变频。这就必需接受高速并行DSP组成的多处理器模块（MCM）或专用集成电路。数字下变频后的高速信号处理部分主要完成中频处理、基带处理、比特流处理和
29、信源编码等其它功能工作。软件无线电软件无线电 7 第1章 移动通信概述19:32:1019:32:102、软件无线电的特点、应用和存在的问题 软件无线电最突出的特点是：（1）软件无线电具有完全可编程特性，包括可编程的无线波段、信道接入方式、信道调制、数据速率等，通过软件供应信令与限制、操作和管理以及维护功能。（2）A/D和D/A尽可能地向RF靠近，以便充分利用DSP器件的速度和软件资源，尽量通过软件编程完成从信源基带直至射频的波形变换和相关处理。软件无线电软件无线电 7 第1章 移动通信概述19:32:1019:32:10软件无线电主要的特征：业务多样化，新业务、新技术的引入更加便利和经济；优
30、越的低截获概率、低探测概率、抗干扰性能；自动选择通信模式，无感觉地自动选择接入不同的通信网络，选择最佳的通信模式，发送探寻信号去建立通信链路，接受合适的通信协议和信号格式与远端进行通信，通信模式可以依据业务可用性或信号质量来选择；可作为网关站加入全球栅格通信网。例如在移动通信或PCS中，它可解决传统基站和移动终端的单一模式而造成的不兼容问题，使基站和移动终端能够满足多种标准，能应付当前和将来困难的通信模式和信令结构。软件无线电软件无线电 7 第1章 移动通信概述19:32:1019:32:10软件无线电一些缺点：很难设计宽频带、低损耗天线和射频变频器；很难估计在好用中对处理实力的需求和可再编程
31、DSP/CPU处理实力的配置；较难保证内部处理器接口的数据速率。目前软件无线电结构关键部件还没有开放结构标准。DSP功能库还不能象混合和匹配VME板那样，对来自不同软件供应商的实时软件进行混合和匹配。软件无线电软件无线电 7 第1章 移动通信概述19:32:1019:32:10智能天线 8 智能天线的原理智能天线的原理 智能天线的接收准则智能天线的接收准则 智能天线中常用的自适应算法智能天线中常用的自适应算法 智能天线的作用智能天线的作用第1章 移动通信概述19:32:1019:32:10 在移动通信发展的早期，运营商为节约投资，总是希望用完可能少的基站覆盖尽可能大的区域，为使接收到的有用信号
32、不至于低于门限，真正可行的是增加天线增益，相对而言用智能天线实现较大增益比用单天线简洁。利用智能天线，借助有用信号和干扰信号在入射角度上的差异，选择恰当的合并权值，形成正确的天线接收模式，即将主瓣对准有用信号，低增益副瓣对准主要的干扰信号，从而可更有效的抑制干扰，更大比例的降低频率复用因子，和同时支持更多用户。从某种角度可将智能天线看作是更敏捷、主瓣更窄的扇形天线。另外，智能天线可以通过形成多波束来获得额外信道，而不须要安排额外频谱，从根本上增加了频谱效率。智能天线的又一个好处是可减小多径效应。在移动通信系统中，接收天线接收的多径信号随着环境而变更，信号瞬时值和延迟失真的变更特别快速。假如接受
33、智能天线限制接收方向，自适应的形成指向性方向图，就能减小信号衰落的影响。智能天线 8第1章 移动通信概述19:32:1019:32:10 智能天线之所以称其为智能天线，“智能”不是在于天线，而在于信号处理。在最简洁的状况下，天线信号的合并是接受权值矢量 进行线性合并，如图3-40所示。图3-40智能天线结构1、智能天线的原理智能天线的原理智能天线 8第1章 移动通信概述19:32:1019:32:10 作为不同天线输出信号的合并器。智能天线定义强调的是作为不同天线输出信号的合并器。智能天线定义强调的是利用从不同空间位置得到的信号，或者也可以说智能天线利用利用从不同空间位置得到的信号，或者也可以
34、说智能天线利用了信道的方向性。具有多天线的接收机能区分不同到达方向的了信道的方向性。具有多天线的接收机能区分不同到达方向的多径重量。因此我们可以将智能天线看做一个空间多径重量。因此我们可以将智能天线看做一个空间RakeRake接收接收机，它能区分不同到达方向的多径重量，并分别进行处理。这机，它能区分不同到达方向的多径重量，并分别进行处理。这使得接收机能对不同的多径重量进行相干合并，因此可以减小使得接收机能对不同的多径重量进行相干合并，因此可以减小衰落，同时还可以抑制来自其它干扰的多径重量。衰落，同时还可以抑制来自其它干扰的多径重量。智能天线 8第1章 移动通信概述19:32:1019:32:1
35、0 对一个等间距的 M元直线阵，假如阵元间距为 d，信号波长为 ，信号X从相对阵轴法线夹角为 的方向入射，如图3-41所示，则 t时刻 M个阵元信号的向量和是 （式3-26）式中，(式3-27）天线阵的方向图仅由下式确定 （式3-28）归一化方向图以分贝表示为 （式3-29）智能天线 8第1章 移动通信概述19:32:1119:32:11 若保持间距不变，增加无方向性的阵元数，由上式可推得当阵元数增加时，方向图主瓣的宽度将减小，并且零点和旁瓣增加。假如天线阵阵元数少，那么对干扰信号进行抑制的零点形成明显削减，这样就减小了在所希望的方向上作用区的灵敏度。克服这种状况的方法之一是运用大型天线阵，提
36、高自适应零点限制的实力。当然随阵元数的增加，费用和困难性也随之增加。因此在阵的辨别实力、旁瓣电平以及对具体方向上的作用区内所要求的阵元数之间，应当进行综合考虑。智能天线 8第1章 移动通信概述19:32:1119:32:11 在波束形成中，权向量通过代价函数的最优化来确定，代价函数的不同，分别对应着不同的方法，这些方法都是通过求合适的权向量来最优化代价函数。自适应波束形成技术经过了几十年的发展，已有很多文献专著特地来介绍波束形成的基本原理和准则。常用的基本准则包括：最小均方误差准则 最大信噪比准则 最小方差准则智能天线 82 、智能天线的接收准则第1章 移动通信概述19:32:1119:32:
37、11 最小均方误差准则旨在使估计误差的均方值最小化，是应用最广泛的一种最佳准则。定义参考信号为 d（t），则阵列输出与参考信号的均方误差为 为使它的均方值最小，代价函数取为 绽开得 最小均方误差准则 其中，其中，为输入信号，为输入信号 的自相关矩阵，的自相关矩阵，为输入信号为输入信号 和参考信号和参考信号 的相互关矩阵。的相互关矩阵。取最小值的最佳权取最小值的最佳权 ，可由令其对，可由令其对 的梯度为零求得的梯度为零求得 得到最小均方误差准则下的最优全向量得到最小均方误差准则下的最优全向量智能天线 8第1章 移动通信概述19:32:1119:32:11 最大信噪比准则旨在使有用信号功率和干扰噪
38、声功率之比最大，常用于通信系统中，以实现系统误码率的要求。它的代价函数为 据此代价函数求出最优权向量。最大信噪比准则 最小二乘准则旨在使如下的加权平方误差累计代价函数最小，由此得出代价函数为：同理求出最优权向量。最小二乘准则智能天线 8第1章 移动通信概述19:32:1119:32:11 通过算法可以自动地调成天线增益的权值以便实现所须要的空间滤波和频率滤波。通常对算法的基本要求是收敛快、稳定性好、计算量不能太大、硬件实现简洁。目前己经提出的算法有很多，依据计算权矢量所必需的参考信号信息形式大体可分为三种：时间参考方式、盲处理方式和空间参考方式。智能天线 83 、智能天线中常用的自适应算法第1
39、章 移动通信概述19:32:1119:32:11 基于时间参考方式的算法依据最小均方误差准则，利用导引信号来复原信号。这类算法收敛速度较快，可以实现实时跟踪，特别适合多径丰富且信道特性变更猛烈的环境，缺点是须要系统放射训练序列，会占用确定的系统频谱资源。下面列举几种常用的算法:最小均方误差算法（LMS一Least Mean Square）基 于最小均方误差准则，应用了梯度估计的最陡下降原理，适用于作环境中信号的统计特性平稳但未知的状况。算法迭代公式如下：基于时间参考方式的算法智能天线 8 其中，为迭代步长，它确定着算法收敛的速度，取值必需满足 才能保证算法收敛。LMS算法的收敛性态取决于相关矩
40、阵凡的特征结构，当其特征值相差很大时，算法收敛速度很慢，同时受输入信号的功率变更的影响。但是由于算法简便易于实现，它仍旧得到了广泛的应用。第1章 移动通信概述19:32:1119:32:11归一化最小均方误差算法（归一化最小均方误差算法（NLMS-Normaliezd-LMSNLMS-Normaliezd-LMS），），NLMS NLMS算算法依据输入信号的功率调整迭代步长，收敛速度要比法依据输入信号的功率调整迭代步长，收敛速度要比LMSLMS算算法快，但是它的收敛性照旧取决于相关矩阵的特征结构。法快，但是它的收敛性照旧取决于相关矩阵的特征结构。递归最小二乘算法（递归最小二乘算法（RLS-Re
41、cursive Least SquaresRLS-Recursive Least Squares）基于最小二）基于最小二乘准则，利用从算法初始化后得到的全部阵列数据信息，用乘准则，利用从算法初始化后得到的全部阵列数据信息，用递推方法来完成采样相关矩阵的求逆运算。递推方法来完成采样相关矩阵的求逆运算。RLSRLS算法无需干算法无需干脆进行矩阵求逆运算，因而收敛速度快，对特征值的散布度脆进行矩阵求逆运算，因而收敛速度快，对特征值的散布度不敏感，且能实现收敛速度与计算困难性之间的折衷。一般不敏感，且能实现收敛速度与计算困难性之间的折衷。一般在大信噪比的状况下，在大信噪比的状况下，RLSRLS算法要比
42、算法要比LMSLMS算法的收敛速度快算法的收敛速度快一个数量级。一个数量级。智能天线 8第1章 移动通信概述19:32:1119:32:11 基于盲处理方式的算法只利用接收信号本身的特征结构来复原信号，这些特征结构包括恒模性、非高斯性、循环平稳性、有限码集特性等。这类算法通常也称为盲波束形成算法，它们不须要导引信号，提高了频谱的利用率，可应用于不同的传播环境。缺点是收敛性能差，且在困难信道中可能不收敛或收敛到干扰信号。在近年来流行的盲算法中，恒模算法无需时间同步，运算困难度相对较低，实现起来比较简洁。智能天线 8基于盲处理方式的算法基于空间参考方式的算法 基于空间参考方式的算法利用阵列响应的先
43、验学问，确定基于空间参考方式的算法利用阵列响应的先验学问，确定同时处在空间某一区域内感爱好信号的空间位置，然后依据到同时处在空间某一区域内感爱好信号的空间位置，然后依据到达角（达角（DOA-Direction of ArrivalDOA-Direction of Arrival）信息建立最优波束形成器。这）信息建立最优波束形成器。这类算法须要进行类算法须要进行DOADOA估计和波束形成两个过程，因此计算量大，估计和波束形成两个过程，因此计算量大，而且能够估计出的而且能够估计出的DOADOA的数目受限于天线阵元的个数。基于的数目受限于天线阵元的个数。基于DOADOA估计的方法主要有：多重信号分类算法、旋转不变信号参估计的方法主要有：多重信号分类算法、旋转不变信号参数估计算法、加权子空间拟合算法、最小范数算法等。其中，数估计算法、加权子空间拟合算法、最小范数算法等。其中，多重信号分类算法以其良好的性能而得到广泛应用。多重信号分类算法以其良好的性能而得到广泛应用。第1章 移动通信概述19:32:1119:32:11 智能天线的作用主要有增大覆盖范围、提升容量、改善链路质量、减小时延色散、提高用户定位的估计等方面。4、智能天线的作用增大覆盖范围增大容量改善链路质量减小时延色散提高用户定位的估计